储能技术在光伏电站并网中的应用研究

徐一斌 何 琪

（国网浙江省电力有限公司宁波供电公司海曙分公司）

0 引言

在现代化发展中，光伏电站建设规模与数量不断提升，之所以出现这种情况，是因为光伏电站的发电效率以及效果和电能质量等多方面都比传统电站表现得更优秀，但由于现代光伏电站实际输出功率不能得到实时管控，在其运行中还容易受到周围环境变化等因素影响，所以有关工作者需对该项问题进行深入研究。而储能技术是一项有效解决措施，对光伏电站实际储能进行强化，并从根本上开展实时管控，这样不仅可以解决光伏电站未来发展问题，还能降低光伏电站运行对电网造成的破坏。

1 光伏并网发电系统基本结构

现代光伏并网发电系统基本结构为：蓄电池组以及光伏电池阵列、逆变器与配电网等多项内容构成。光伏并网发电系统一般能够分成两种类型，分别是可调度的并网光伏发电系统以及不可调度的并网光伏发电系统。其中可调度的并网发电系统能够设置相应储能装置，另外伴随持续电源、有源滤波功能，应用可调度的并网光伏发电系统能够加强电网调峰，而不可调度的并网光伏发电系统，若和主电网连接断开，就会自动停止供电。两种类型系统最大区别就是能够调度的光伏发电系统可以保持不间断供电，而不能调度的光伏发电系统一旦和主电网断开连接，就会断电。在整体系统运行中逆变器存在重要作用，其主要有三大发展趋势：第一，拓扑结构越来越简单，其生产成本也不断降低，体积微小化，节省成本是其发展主要优势。第二，允许最大输入电压电流范围持续提升，逐渐强化了对软开关技术的运用。第三，电网适应性持续增强，相关保障更为完善，保证运行可靠和安全。

当前普通光伏并网发电系统存在三个明显特征，分别为：首先，受到环境因素影响。比如因气候和灰尘的影响，导致输出功率存在不稳定性；其次，受到地域条件影响。比如气候与地理条件方面因素也会对光伏系统实际发电效率造成影响［1］，在实际应用中，光伏系统在光照条件比较好的地域发电效率更高。除此之外，光伏系统在发电转换率方面存在一定不足，使光伏发电无法形成一个完整的系统，效率低下。该项系统使用最大功率点跟踪技术，为有效满足太阳能应用需求，对光伏发电吸收与利用方面要求比较高，普通光伏发电系统使用并联电压与联通电流，其系统本身只会提供有源电力。

2 储能技术作用与类型

2.1 储能技术作用

将储能技术应用到光伏电站并网，能够实现有功与无功功率快速收放和交换，降低电压波动，避免出现电压骤降以及电压电流畸变等方面问题，确保光伏并网保持稳定运行，从而提供高质量电能服务。把储能技术运用到光伏电站并网中，能够提升其运行安全性和经济性。当前我国西部在发展中存在明显“弃光限电”问题，利用储能技术能够把多余电能进行储存，在光伏电站的发电量跌破限电阈值时，能够利用储能逆变器把储存电能输送到电网中，以此有效解决“弃光”问题，充分提升光伏电站并网运行的各方面效益。根据现代光伏电站并网实际发展情况，运用储能技术将会更为普遍，但其运行特性与容量设计等都会对电能质量和电力安全造成影响［2］。

2.2 超导储能

超导储能系统主要是由超导材料制造的，是由放在低温容器的线圈、功率调节系统与低温制冷系统等构成的。能量一般是以超导线圈内直流电流不断循环流动的方式储存在相应磁场内。因为这种储能方式能够直接把电能储存到磁场内，不会出现能量转换，所以功率目标比较高，并且能量进行充放电的速度也十分快，在响应速度和转换效率方面也比较高。不过因为使用材料价格比较昂贵，维护比较复杂，同时需要保持低温环境等多项原因，在当前电力系统内使用比较少。

2.3 物理储能

物理储能方式包含抽水储能、飞轮储能以及压缩空气储能等几种类型，可以通过物理储能方式储存电能，在具体应用中，电力企业一般可以融合发电类型与环境实际情况等对储能方式进行选择，以此实现对能源的有效利用。抽水储能方式虽然在储能容量方面具有较强优势，但这项技术会受到环境限制，如果环境位置不够合适，就会耗费更多应用成本。而飞轮储能一般是把电能转变成机械能，该项技术功率密度虽然比较高，但缺乏充足能源储存量，并且在磁悬浮以及材料等有关技术制约下，无法进行大规模的应用。最后就是压缩空气储能，与抽水储能存在一定相似性，对于环境方面要求比较高，通常需要使用在具有良好密封性的空间中，其建设速度快，造价也比较低，不过在储能效率上还存在一定不足。

3 储能技术在光伏电站并网中的具体应用

3.1 提升电网运行经济性与安全性

在新时期发展中，我国西部地区在近些年“弃光限电”问题日渐严重，导致我国西部地区原本有许多能开发利用的光源缺少有效应用，使光伏发电系统在供电效率方面存在严重不足，为有效解决该方面问题，相关工作者可以利用在光伏发电系统中设置储能器的方式来解决此问题，在光伏发电系统供电不能满足大众日常生产生活需求或是限电阈值不足情况下，就能把储存的多余电能传输到电网中，以此提升光照有效利用率，推动光伏发电系统运行效率［3，4］。

3.2 电力调峰

对电力峰值功率进行调整的核心目的在于关键时候可以有效应对用电高峰，在电网运行中，用电高峰十分容易产生功率负载过重现象，若是可以对电力峰值功率进行调整，就能够在用电负载超出负荷时，合理应用储能技术对峰值功率进行调整，结合大众需求具体情况作出适当调整，利用技术措施将系统中产生电能存储到储能装置内，在用电负载达到峰值时，相关储能装置就能通过感应把储存电能释放出来，为大众提供充足电力，确保高峰期用电的稳定性以及安全性和可靠性。

3.3 微电网系统

微电网系统作为一个相对独立和分散的重要供配电系统，主要构成包含多个微电源与负载。微电网系统使用许多世界前沿科技核能控制和管理技术，把汽柴油发电或是光伏发电与风电和储能设备等有关装置整合到一起，接入至用户端［5］。甚至微电网能够实现毫秒级与秒级动作，对于提升负载供电稳定性、可靠性与安全性有很大帮助。除此之外，微电网还能够持续满足相应电力负荷要求。同时在我国现代化发展中，微电网已经成为有关学者与行业龙头重点关注技术之一。在光伏电厂并网系统中应用微电网能够有效保证用电稳定和安全，保持高运行效率。把发电系统和微电网系统进行分离时，能够实现对负载进行独立供电，保证稳定性。

4 储能系统

4.1 控制技术

为对储能装置使用寿命进行延长，将装置输出功率最大化，提升整体装置实际运行效率，需对每个储能装置相应充放电细节进行充分分析，并结合分析结果对设备性能进行改变。比如，通常情况下，使用的铅酸电池需要较长的充电时间。在铅酸电池进行充电时，要合理使用比较小的电力开展充电操作，该种方式能够有效防止电池存储容量降低，提升电池实际使用寿命。

在光伏发电站并网中，光伏发电系统使用储能装置的具体供电方式一般为直流电流，在效果方面不够稳定，并且波动性较差，在充电效果方面还有待提升。为有效解决充放电方面问题，应确保在不损坏储能装置实际使用寿命的基础上，改进控制系统。另外，不可以使用电池或是飞轮储能装置等，在进行作业时，不可以使用高频交流电，可使用功率转换器，对相应装置进行充电［6］。

4.2 储能技术

应用太阳能光伏发电与并网技术时，所使用的储能系统装置一般也需要在运行条件恶劣的环境下，保持长时间安全稳定运行。除此之外，因为太阳能光伏组件实际发电工作能量和其输出时所产生的电压较为不可靠，并且储能系统在运行时，在连续长时间充电状态测试与连续短期相关放电测试方面工作条件下，安全性［7］存在一定问题。结合当前我国分布式光伏太阳能与新型并网系统储能和发电以及应用结构布局相应技术特点与变化趋势和我国现代光伏电站储能装置系统使用技术整体和发展整体技术应用实际情况，需着重从如下几方面对光伏并网发电储能技术进行改进，促进其发展，有效加强储能技术应用。

第一要提升光伏发电系统实际功率密度与能量密度；第二要提升储能装置实际储能容量，并注意延长储能装置应用寿命；第三要提升充放电速度；第四要保证在各类环境中都可以安全运行；第五要最大限度降低储能装置应用成本。

4.3 电化学储能方式

电化学储能主要是使用各类型电池确保能达到有效储能目的。电化学储能根据化学物质的不同能够分成很多类型，比如铅酸电池以及硫化钠锂离子电池和镍氢电池等多种常用化学储能电池。当前价值比较低，能量密度比较高的铅酸电池在我国市场中应用比较广泛。铅酸电池一般被应用到小型风力发电以及光伏发电与中小型分布式供电系统中。目前我国当前铅酸蓄电池技术发展已经十分成熟，被深入应用到许多领域中。

4.4 综合分析工具和系统建模

只有对相应用电地区进行全方位考虑，综合各方面条件进行分析，包含对系统可靠性以及经济情况与运营情况等开展分析，才可以开发出合理合适的高质量光伏储能发电系统。当前我国使用储能系统在相应光伏电站并网系统内使用还不够成熟，需结合原有行业标准，对光伏能源储存系统实际应用周期与应用成本方式进行明确分析，借此衡量现代光伏能源储存系统存在的经济性。因此为提供光伏储能系统在运行更为精准的运行数据，有关光伏储能系统开发工作者在进行光伏储能系统设计时，就需通过仿真与建模方式，对光伏储能系统运行情况进行综合分析。同时需保证使用可以最大限度模拟光伏储能系统实际运行情况的软件开展分析。

5 结束语

总而言之，太阳能这种清洁型可再生能源的应用，对于我国发展有着很大的促进作用，在现代化发展中，太阳能势必会成为主要应用能源之一。在对太阳能进行应用时，选择光伏电站效果更为理想，既能增强清洁效果，还可以从根本上有效实现无污染的目标。并且在现代光伏电站并网中，其功率波动问题不容忽视，面对这种情况，光伏电站需要充分利用储能技术，对现代光伏电站应用中存在问题进行有效解决，借此推动我国光伏电站的发展。